提高可见光信号传输速率的编解码方法及移动终端和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种提高可见光信号传输速率的编解码方法，尤其是手机等移动终端 的LED闪光灯所发送的光信号的编解码方法，及一种移动终端，和通信系统。
【背景技术】
[0002] 可见光通信通过幅度、频率和相位等调制方法调制可见光光源发出的光，LED是一 种常见的可见光光源，其传输速率高达每秒几兆到几十兆。可见光通信可以应用于无线光 通信中，用来进行数据传输。可见光通信与微波技术相比，有相当丰富的频谱资源，是一般 微波通信和无线通信所无法比拟的。同时，可见光通信几乎可以适用任何通信协议，适用于 任何环境。可见光通信的信号覆盖范围较易控制，通信内容不易被窃取，具有较高的安全 性。此外，可见光通信的设备灵活便捷，成本很低，适合大规模普及应用。
[0003] 目前，LED闪光灯已经是手机的一个重要配件，用手机的闪光灯来进行可见光的通 信将会带来极大的方便。但是这样做存在两个问题，一是由于闪光灯的闪烁速度比较慢，造 成传输速率小，二是在控制LED闪光灯的开和关时，会随机发生延时，即LED的开、关、开的 持续时间、关的持续时间不能精确控制，表现出一定的不稳定性。例如，专利CN102693567 给出了一种编解码方法，并将其应用于门禁系统中，该方法就存在每秒钟传输的信息量较 小的问题，而且由于对LED的控制精度要求较高，因而也存在较不稳定的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种提高可见光信号传输速率的编解码方法，及一种移动终 端和系统，提高可见光信号传输速率，消除在控制LED闪光灯的开和关时的不稳定性所造 成的影响。
[0005] 为此，本发明包括一种提高可见光信号传输速率的编码方法，包括如下步骤：
[0006] 移动终端编码：读取数据串中的码元，每读取到一个码元时，电平发生跳变，并且 不同数码的码元编码为具有不同的电平持续时间的电平信号；
[0007] 光信号调制与发射：将经过编码的数据调制光源，将所述数据以可见光形式发射 出去。
[0008] 进一步地，所述数据串为η进制，η为大于1的整数，每读取到一个码元，电平发 生跳变，并将电平持续的时长/时长范围Τ0，……，Tn-I来表示η进制中的不同的数码 0,……，11-1;并且?，……，Tn-I中任意两个相邻时长/时长范围的差值的绝对值大于预 定值以减小或消除光源的控制延时差对于不同码元识别的影响，其中，两个相邻时长/时 长范围是指时间长度最接近的两个时长/时长范围。
[0009] 进一步地，Τ0，……，Tn-I中任意两个相邻时长/时长范围的差值的绝对值至少 大于光源的控制延时差的1倍。
[0010] 进一步地，在移动终端编码前先对所读取的数据串进行进制转换。
[0011] 进一步地，所述转换为将所读取的二进制数据串转换为非二进制等效数据串，包 括：在待发送的二进制数据串中，依先后顺序取j个的相邻二进制码码元组成二进制数据 串，将该二进制数据串重新编码，形成码元个数为k的等效数据串；所述等效数据串为非二 进制数据串，其中的码元种类数为三个或更多个；j和k为自然数，j大于k;然后，把等效数 据串中的各码元依次转换成时长不同的电平信号；重复步骤：继续依先后顺序取下一组j 个的相邻二进制码码元，重复上述步骤，直至待发送数据串中的数据全部转换完成；或者， 所述转换为将所读取的非二进制数据串转换为二进制数据串或不同的非二进制数据串。
[0012] 进一步地，用该光信号的有或无的持续的时长来表示各个码元，即：使得电平的跳 变变成光信号有无的变化；其中，高电平对应发光，低电平对应不发光；或者是高电平对应 不发光，低电平对应发光。
[0013] 进一步地，如果某个单位传输时间长的码元的个数大于单位传输时间最短的码元 的个数，并且该单位传输时间长的码元是总传输时间最长的码元，将该总传输时间最长的 码元与单位传输时间最短的码元对调。
[0014] 进一步地，在光信号调制步骤中，移动终端还利用亮度调节的光信号对至少部分 待传输数据进行光强度编码，将至少部分待传输数据用不同强度的光信号表示。
[0015] 进一步地，连续多个相同码元中，至少一个码元具有比其相邻码元更高强度的光 信号以区分所述连续多个相同码元。
[0016] 本发明还包括一种提高可见光信号传输速率的解码方法，包括如下步骤：
[0017] 光信号接收和转换：接收端接收代表数据串的可见光信号，将光信号转换为对应 的电平信号；
[0018] 信号解码：接收端根据读取到的各电平的持续时间确定各电平对应的码元数码；
[0019] 整合：接收端对接收到的各组信号进行整合，获得可见光信号表征的信息。
[0020] 进一步地，信号解码包括：
[0021] 接收端预先设置n-1个判决时长Tdl, ......，Tdn_l，由所述n_l个判决时长划分 出η个时长区间，分别对应η进制的η个码元数码，η为大于1的整数；
[0022] 接收端根据读取到的N个电平的持续时间判断各电平的持续时间各自所落入的 时长区间，从而确定各电平的持续时间对应的码元数码，N为大于0的整数。
[0023] 进一步地，所述η进制数据串为二进制数据串，设置判决时长步骤中仅设置一个 判决时长Td，信号解码步骤中将采集到的N个电平的持续时间分别与Td进行比较，若某个 电平的持续时间小于Td，则该电平代表0,若某个电平的持续时间大于Td，则该电平代表1， 若某个电平的持续时间等于Td，则该电平代表0或1 ;或者，
[0024] 所述η进制数据串为二进制数据串，设置判决时长步骤中仅设置一个判决时长 Td，信号解码步骤中将采集到的N个电平的持续时间分别与Td进行比较，若某个电平的持 续时间小于Td，则该电平代表1，若某个电平的持续时间大于Td，则该电平代表0,若某个电 平的持续时间等于Td，则该电平代表0或1。
[0025] 进一步地，设置判决时长Td的方法如下：
[0026] 任取自然数m，1彡m彡N，计算出最大的N/m个电平持续时间的平均值Ta,最小的 N/m个电平持续时间的平均值Tb,其中，于是，判决时长为Td = (Ta+Tb)/2,其中，N/m若不 能整除则只取整数部分。
[0027] 本发明还包括一种移动终端，采用所述的编码方法。
[0028] 本发明还包括一种接收端，采用上述的解码方法。
[0029] 本发明还包括一种光通信系统，包括上述的移动终端和接收端。
[0030] 由于采用了上述方案，本发明以LED开或关的不同持续时间来代表数据串中不同 数码的码元，例如数据〇和1，低电平和高电平（对应LED的关和开）均用来表征数据，因而 大大提高了传输速率；另一方面，虽然手机LED闪光灯的控制精度不高，但是其控制延时基 本在一个范围内；虽然延时是随机发生的，但是表现出一定的概率统计特性。根据手机LED 闪光灯的这种频闪特性，本发明通过对控制延时和发光时长的合理处理并在接收端设置判 决时长，确保了高低电平不会在编码过程中产生混淆，从而使高低电平均可以用来表示信 息，因此可以有效提高每秒钟的信息传输量。
【附图说明】
[0031] 图1是本发明实施例一提供的可见光信号的编解码方法流程图；
[0032] 图2是本发明实施例一提供的信号与电平（光强）之间的关系示意图。
[0033] 图3是本发明实施例四提供的信号与光强之间的关系示意图。
【具体实施方式】
[0034] 本文中所称的码元指构成任意进制数据串的每一位的数码单元，例如二进制数据 串00111的码元为0、0、1、1、1，